(57)【要約】  撮像装置は、異なる露光時間で２つの画像を取得する撮像部１００と、撮像部１００によって取得された画像を用いて復元処理を行う画像処理部２２０とを備えている。画像処理部２２０は、取得された画像の手振れによるぼやけを規定するブラーカーネルを決定するブラーカーネル決定部と、復元画像を生成する画像復元部とを有している。ブラーカーネル決定部は、撮影時の露光時間に応じてブラーカーネルのサイズを変化させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像時の手振れによるぼやけを減少させた復元画像を生成する撮像装置であって、
１回の撮影において、第１の画像、および前記第１の画像よりも短い露光時間で取得される第２の画像を取得する撮像部と、
前記撮像部によって取得された前記第１の画像および前記第２の画像を用いて復元処理を行う画像処理部と、
を備え、
前記画像処理部は、
前記撮像部によって取得された前記第１の画像における手振れによるぼやけを規定するブラーカーネルを決定するブラーカーネル決定部と、
決定された前記ブラーカーネルを用いて復元画像を生成する画像復元部と、
を有し、
前記ブラーカーネル決定部は、前記第１の画像を取得する際の露光時間に応じて前記ブラーカーネルのサイズを変化させる、
撮像装置。
【請求項２】
前記ブラーカーネル決定部は、前記露光時間が長いほど前記ブラーカーネルのサイズを大きくする、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記露光時間と前記ブラーカーネルのサイズとの間の対応関係を規定する変換テーブルをさらに備え、
前記ブラーカーネル決定部は、前記変換テーブルに基づいて前記ブラーカーネルのサイズを決定する、請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記変換テーブルは、前記露光時間と、前記ブラーカーネルの基準サイズからの倍率との間の対応関係を規定する、請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記ブラーカーネルを第１のブラーカーネルとするとき、
前記ブラーカーネル決定部は、前記第２の画像における手振れによるぼやけを規定する第２のブラーカーネルを決定し、
前記画像復元部は、前記第１のブラーカーネルおよび前記第２のブラーカーネルを用いて前記復元画像を生成する、請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記画像処理部は、前記第１の画像および前記第２の画像を合成して第３の画像を生成する画像合成部を有し、
前記復元部は、前記第１のブラーカーネルおよび前記第２のブラーカーネルを用いて前記第３の画像から前記復元画像を生成する、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記画像処理部は、複数の画像を合成する画像合成部を有し、
前記画像復元部は、前記第１のブラーカーネルを用いて前記第１の画像から第１の復元過程の画像を生成し、前記第２のブラーカーネルを用いて前記第２の画像から第２の復元過程の画像を生成し、
前記画像合成部は、前記第１の復元過程の画像および前記第２の復元過程の画像を合成することによって前記復元画像を生成する、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記撮像部によって取得された前記第１の画像および前記第２の画像を比較することによって前記第１の画像のぼやけの程度を求めるぼやけ検出部をさらに備え、
前記ぼやけ検出部によって求められた前記第１の画像のぼやけの程度が予め定められた基準値よりも大きい場合には前記画像処理部における復元処理を行い、前記第１の画像のぼやけの程度が前記基準値よりも小さい場合には前記画像処理部における復元処理を行わない、請求項１から７のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項９】
前記ブラ―カーネル決定部は、さらに、前記第１の画像を取得する際のズーム倍率に応じて、前記ブラ―カーネルのサイズを変化させる、請求項１から８のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１０】
１回の撮影において、第１の画像、および前記第１の画像よりも短い露光時間で取得される第２の画像を取得する撮像装置によって取得された前記第１の画像および前記第２の画像を用いて復元処理を行う画像処理装置であって、
前記第１の画像、前記第２の画像、および前記第１の画像を取得する際の露光時間を取得する画像取得部と、
前記撮像部によって取得された前記第１の画像における手振れによるぼやけを規定するブラーカーネルを決定するブラーカーネル決定部と、
決定された前記ブラーカーネルを用いて復元画像を生成する画像復元部と、
を有し、
前記ブラーカーネル決定部は、前記第１の画像を取得する際の露光時間に応じて前記ブラーカーネルのサイズを変化させる、
画像処理装置。
【請求項１１】
１回の撮影において、第１の画像、および前記第１の画像よりも短い露光時間で取得される第２の画像を取得する撮像装置によって取得された前記第１の画像および前記第２の画像を用いて復元処理を行うためのプログラムであって、
コンピュータに対し、
前記第１の画像、前記第２の画像、および前記第１の画像取得時の露光時間を示す情報を取得するステップと、
前記第１の画像取得時の露光時間に基づいて前記第１の画像における手振れによるぼやけを規定するブラーカーネルのサイズを決定するステップと、
前記ブラーカーネルを決定するステップと、
決定された前記ブラーカーネルを用いて復元画像を生成するステップと、
を実行させるプログラム。
【請求項１２】
１回の撮影において、第１の画像、および前記第１の画像よりも短い露光時間で取得される第２の画像を取得する撮像装置によって取得された前記第１の画像および前記第２の画像を用いて復元処理を行う画像処理方法であって、
前記第１の画像、前記第２の画像、および前記第１の画像取得時の露光時間を示す情報を取得するステップと、
前記第１の画像取得時の露光時間に基づいて前記第１の画像における手振れによるぼやけを規定するブラーカーネルのサイズを決定するステップと、
前記ブラーカーネルを決定するステップと、
決定された前記ブラーカーネルを用いて復元画像を生成するステップと、
を含む画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像時の手振れによるぼやけを減少させた復元画像を生成する撮像装置、画像処理装置、画像処理方法、および画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラで画像の取得（撮像）を行うと、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）、あるいはＣＭＯＳの読み出し回路の特性や伝送路の特性により画像にノイズが加わることがある。また、撮像時にフォーカスが合っていないこと（焦点外れ：ｏｕｔ−ｏｆ−ｆｏｃｕｓ）による画像のぼやけ（ブラー：ｂｌｕｒ）や、手振れ（ｃａｍｅｒａ  ｓｈａｋｅ）などによる画像のぼやけが発生する。このように撮像画像には、撮像画像固有の特性によるノイズに、撮影時の人為的な操作を起因とするぼやけが加わることにより、画像が劣化することになる。これらの「ぼやけ」のうち、撮影（露光）中におけるカメラの運動による画像のぼやけを「ブレ（ｍｏｔｉｏｎ  ｂｌｕｒ）」と称する場合がある。【０００３】
近年、特に高感度撮影の需要が増大していることにより、ぼやけによって劣化した画像（以下、「劣化画像」という）を元の画像（以下、「理想画像」という）にできるだけ近い画像に復元することが必要となる。高感度撮影に要求される、明るくノイズやぼやけのない画像を実現するために、大別して感度をあげるという考え方と、露光時間を長くするという考え方がある。【０００４】
しかしながら、感度を高めるとノイズも増幅してしまう、そのため、信号がノイズに埋もれてしまい、ノイズが大半を占める画像になることが多い。一方で露光時間を長くすることで、その場で生じる光を多く蓄積し、ノイズの少ない画像が得られる。この場合、信号がノイズで埋もれることはないが、手振れによって画像にブレが生じ易いという問題がある。【０００５】
そこで、従来、２通りの考え方で露光時間を長くする場合の対処法がとられていた。一つは、レンズシフトやセンサシフトといった光学式手振れ補正である。他方は、得られた画像やセンサによってブレの方向／大きさを求め、そこから信号処理によって画像を復元するという方法（信号処理による復元方法）である。【０００６】
光学式手振れ補正では、補正の範囲に限界がある。露光時間を長くすると、手振れが発生しやすくなるため、レンズやセンサの稼動範囲を大きくする必要がある。しかし、稼動範囲が大きくなるとレンズやセンサの移動の際に時間遅れが生じるという問題がある。また、大型化にはサイズの物理的な限界がある。【０００７】
信号処理による復元方法は、例えば特許文献１、特許文献２、非特許文献１、非特許文献２などに開示されている。以下、信号処理による復元方法を説明する。【０００８】
ここでは、撮像素子の撮像面に形成される画像の輝度分布をＩ（ｘ，ｙ）で表すことにする。座標（ｘ，ｙ）は、撮像面の画素（光感知セル）の位置を示す２次元座標である。画像が例えば行列状に配列されたＭ×Ｎ個の画素からなる場合において、ｘおよびｙが、それぞれ、０≦ｘ≦Ｍ−１、０≦ｙ≦Ｎ−１の関係を満足する整数であるとすると、画像を構成する個々の画素の位置を座標（ｘ，ｙ）によって特定することができる。ここでは、座標の原点（０、０）を画像の左上隅に置き、ｘ軸は垂直方向、ｙ軸は水平方向に延びるものとする。ただし、座標のとり方は、任意である。【０００９】
ぼやけ（ｂｌｕｒ）のない画像（理想画像または元画像）の輝度分布をＬ（ｘ，ｙ）とし、ぼやけを規定するＰＳＦ、すなわち「点広がり関数（Ｐｏｉｎｔ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）」をＰＳＦ（ｘ，ｙ）、ノイズをｎ（ｘ，ｙ）とすると、以下の式１が成立する。
【数１】
2011145297.tif 000003
ここで、記号「＊」は、２次元の畳み込み演算（コンボリューション）を示している。【００１０】
手振れの点広がり関数ＰＳＦ（ｘ，ｙ）は、撮影（露光）中における手振れの軌跡に依存する。手振れの軌跡はカメラ撮影毎に異なるため、ＰＳＦ（ｘ，ｙ）もカメラ撮影毎に変化する。【００１１】
撮影中の手振れの軌跡がジャイロセンサなどによって検出され、ＰＳＦ（ｘ，ｙ）が既知の場合は、このＰＳＦ（ｘ，ｙ）を用いて逆畳み込み演算（デコンボリューション）を行うことにより、劣化画像Ｉ（ｘ、ｙ）から画像Ｌ（ｘ、ｙ）を復元することが可能になる。一方、ＰＳＦ（ｘ，ｙ）が既知ではない場合は、劣化画像Ｉ（ｘ、ｙ）からＰＳＦ（ｘ，ｙ）を推定し、画像Ｌ（ｘ，ｙ）を復元する必要がある。前者を「ノンブラインド・デコンボリューション」、後者を「ブラインド・デコンボリューション」と称する。ブラインド・デコンボリューションでは、ＰＳＦ（ｘ，ｙ）および画像Ｌ（ｘ，ｙ）の両方を劣化画像Ｉ（ｘ，ｙ）から推定する必要があるため、ノンブラインド・デコンボリューションよりもぼやけの低減が難しくなる。【００１２】
手振れによるぼやけを規定するＰＳＦの畳み込み演算は、線形フィルタによって行われる。２次元畳み込み演算の線形フィルタは、通常、Ｎ×Ｎ画素のサイズを有する係数行例からなる積分核（カーネル）によって表される。ここで、Ｎは３以上の整数である。ぼやけを規定するＰＳＦは、ブラーカーネル（ｂｌｕｒ  ｋｅｒｎｅｌ）によって表現され得る。ぼやけのある画像から、ぼやけを低減した画像（ぼやけを除去した画像を含む）を復元するには、ぼやけを規定するブラーカーネルを推定する必要がある。【００１３】
信号処理による画像復元として、例えば非特許文献１は、ぼやけのある１枚の画像からブラーカーネルおよび復元画像を推定する場合において、多重スケール推定法（ｍｕｌｔｉ−ｓｃａｌｅ  ｉｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｃｈｅｍｅ）を用いることを開示している。この多重スケール推定法では、最初に解像度の低い劣化画像を用いて３×３画素のサイズを有するブラーカーネルを推定している。そして、推定に用いる劣化画像の解像度を徐々に高めることにより、ブラーカーネルの解像度も高めていく。図１９（ａ）〜（ｈ）は、非特許文献１に開示されている方法を説明するための図である。図１９（ａ）の上段は３×３画素のブラーカーネルを示し、下段は対応する解像度の復元画像を示している。図１９（ｂ）〜（ｈ）も同様であるが、徐々に解像度が向上している。【００１４】
解像度の低い劣化画像では、画素数が少ないため、手振れによるぼやけの画素サイズも小さくなる。その結果、解像度の低い劣化画像では、ブラーカーネルのサイズも小さくなり、ブラーカーネルを推定するために必要な計算量も少なくなる。また、最初から画素数の大きな高解像度の劣化画像を用いてブラーカーネルの推定を行うと、真のブラーカーネルとは異なるブラーカーネル（局所解：ｌｏｃａｌ  ｍｉｎｉｍａ）に収束が生じてしまう可能性がある。多重スケール推定法によれば、ブラーカーネルの推定精度を高めることができる。【００１５】
また、特許文献１には、連続して取得した２枚の画像から、ブレを低減させた復元画像を得る方法が開示されている。この方法では、第１の画像、および第１の画像よりも短時間の露光によって取得された第２の画像の各々からブラーカーネルが推定される。推定された２つのブラーカーネルを合成することによって得られる合成ブラーカーネルと、第１の画像および第２の画像を合成して得られる合成画像とから１つの復元画像が生成される。この方法によれば、第１の画像に含まれるブレの程度が大きい場合のみ、復元処理が行われ、ブレの程度が小さい場合には復元処理は行われない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００８−９９０２５号公報
【特許文献２】特開２００９−１１１５９６号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Rob Fergus et al., "Removing camera shake from a single image", Barun Singh Aaron Hertzmann, SIGGRAPH 2006
【非特許文献２】"High-quality Motion Deblurring from a Single Image", Qi Shan, Jiaya Jia, and Aseem Agarwala, SIGGRAPH 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従来技術によれば、最終的なブラーカーネルのサイズは予め固定値に設定される。そのため、ブレの程度が大きい劣化画像に対して正しく復元処理を行うためには、ブラーカーネルのサイズを大きい値に設定しておく必要がある。設定されたブラーカーネルのサイズを超える大きなブレを含む劣化画像は正しく復元できない。【００１９】
特に、暗い環境で撮影するときは、十分な受光量を確保するために、露光時間を長くする必要がある。露光時間を長くすると、カメラの動きに起因する画像のブレの程度は一般に大きくなる。従って、暗いシーンを撮影するために露光時間を長くする場合、予めブラーカーネルのサイズを大きい値に設定しておく必要がある。【００２０】
しかしながら、ブラーカーネルのサイズを大きくすると、ブレの程度が小さい画像に対しても、大きいサイズを有するブラーカーネルによる復元処理が行われるため、復元処理に要する計算量が多くなるという課題がある。例えば、ブラーカーネルのサイズが１００×１００画素に設定されているとき、そのうちの１０×１０画素でブレを規定できる画像を復元する場合、１００×１００−１０×１０＝９９００画素に対する計算が不必要に発生する。【００２１】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、劣化画像のブレの程度が小さい場合に復元処理に要する計算量を抑えることができ、かつ、劣化画像のブレの程度が大きい場合であっても正しく復元画像を得ることができる画像復元技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明による撮像装置は、撮像時の手振れによるぼやけを減少させた復元画像を生成する撮像装置であって、１回の撮影において、第１の画像、および前記第１の画像よりも短い露光時間で取得される第２の画像を取得する撮像部と、前記撮像部によって取得された前記第１の画像および前記第２の画像を用いて復元処理を行う画像処理部とを備えている。前記画像処理部は、前記撮像部によって取得された前記第１の画像における手振れによるぼやけを規定するブラーカーネルを決定するブラーカーネル決定部と、決定された前記ブラーカーネルを用いて復元画像を生成する画像復元部とを有し、前記ブラーカーネル決定部は、前記第１の画像を取得する際の露光時間に応じて前記ブラーカーネルのサイズを変化させる。【００２３】
ある実施形態において、前記ブラーカーネル決定部は、前記露光時間が長いほど前記ブラーカーネルのサイズを大きくする。【００２４】
ある実施形態において、撮像装置は、前記露光時間と前記ブラーカーネルのサイズとの間の対応関係を規定する変換テーブルをさらに備え、前記ブラーカーネル決定部は、前記変換テーブルに基づいて前記ブラーカーネルのサイズを決定する。【００２５】
ある実施形態において、前記変換テーブルは、前記露光時間と、前記ブラーカーネルの基準サイズからの倍率との間の対応関係を規定する。【００２６】
ある実施形態において、前記ブラーカーネルを第１のブラーカーネルとするとき、前記ブラーカーネル決定部は、前記第２の画像における手振れによるぼやけを規定する第２のブラーカーネルを決定し、前記画像復元部は、前記第１のブラーカーネルおよび前記第２のブラーカーネルを用いて前記復元画像を生成する。【００２７】
ある実施形態において、前記画像処理部は、前記第１の画像および前記第２の画像を合成して第３の画像を生成する画像合成部を有し、前記復元部は、前記第１のブラーカーネルおよび前記第２のブラーカーネルを用いて前記第３の画像から前記復元画像を生成する。【００２８】
ある実施形態において、前記画像処理部は、複数の画像を合成する画像合成部を有し、前記画像復元部は、前記第１のブラーカーネルを用いて前記第１の画像から第１の復元過程の画像を生成し、前記第２のブラーカーネルを用いて前記第２の画像から第２の復元過程の画像を生成し、前記画像合成部は、前記第１の復元過程の画像および前記第２の復元過程の画像を合成することによって前記復元画像を生成する。【００２９】
ある実施形態において、撮像装置は、前記撮像部によって取得された前記第１の画像および前記第２の画像を比較することによって前記第１の画像のぼやけの程度を求めるぼやけ検出部をさらに備え、前記ぼやけ検出部によって求められた前記第１の画像のぼやけの程度が基準値よりも大きい場合には前記画像処理部における復元処理を行い、前記第１の画像のぼやけの程度が前記基準値よりも小さい場合には前記画像処理部における復元処理を行わない。【００３０】
ある実施形態において、前記ブラ―カーネル決定部は、さらに、前記第１の画像を取得する際のズーム倍率に応じて、前記ブラ―カーネルのサイズを変化させる。【００３１】
本発明による画像処理装置は、１回の撮影において、第１の画像、および前記第１の画像よりも短い露光時間で取得される第２の画像を取得する撮像装置によって取得された前記第１の画像および前記第２の画像を用いて復元処理を行う。前記画像処理装置は、前記第１の画像、前記第２の画像、および前記第１の画像を取得する際の露光時間を取得する画像取得部と、前記撮像部によって取得された前記第１の画像における手振れによるぼやけを規定するブラーカーネルを決定するブラーカーネル決定部と、決定された前記ブラーカーネルを用いて復元画像を生成する画像復元部とを有し、前記ブラーカーネル決定部は、前記第１の画像を取得する際の露光時間に応じて前記ブラーカーネルのサイズを変化させる。【００３２】
本発明による画像処理プログラムは、１回の撮影において、第１の画像、および前記第１の画像よりも短い露光時間で取得される第２の画像を取得する撮像装置によって取得された前記第１の画像および前記第２の画像を用いて復元処理を行うためのプログラムである。前記プログラムは、コンピュータに対し、前記第１の画像、前記第２の画像、および前記第１の画像取得時の露光時間を示す情報を取得するステップと、前記第１の画像取得時の露光時間に基づいて前記第１の画像における手振れによるぼやけを規定するブラーカーネルのサイズを決定するステップと、前記ブラーカーネルを決定するステップと、決定された前記ブラーカーネルを用いて復元画像を生成するステップとを実行させる。【００３３】
本発明による画像処理方法は、１回の撮影において、第１の画像、および前記第１の画像よりも短い露光時間で取得される第２の画像を取得する撮像装置によって取得された前記第１の画像および前記第２の画像を用いて復元処理を行う画像処理方法である。前記画像処理方法は、前記第１の画像、前記第２の画像、および前記第１の画像取得時の露光時間を示す情報を取得するステップと、前記第１の画像取得時の露光時間に基づいて前記第１の画像における手振れによるぼやけを規定するブラーカーネルのサイズを決定するステップと、前記ブラーカーネルを決定するステップと、決定された前記ブラーカーネルを用いて復元画像を生成するステップとを含む。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、劣化画像のブレの程度が小さい場合に復元処理に要する計算量を抑えることができ、かつ、劣化画像のブレの程度が大きい場合であっても正しく復元画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】本発明の撮像装置の概略構成の一例を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の画像処理装置の概略構成の一例を示す図である。
【図１Ｃ】画像処理部あるいは画像処理装置による画像復元処理の流れの概略を示すフロー図である。
【図２】（ａ）は、３×３画素のサイズを有するブラーカーネルの一例を示す図であり、（ｂ）は、ぼやけの無い画像の画素値の配列例を示す図である。
【図３Ａ】図２（ｂ）の画像における位置（ｘ，ｙ）＝（２，２）の画素に対する畳み込み演算結果を示す図である。
【図３Ｂ】図２（ｂ）の画像における位置（ｘ，ｙ）＝（２，３）の画素に対する畳み込み演算結果を示している。
【図４】（ａ）は、９×９画素のブラーカーネルの係数行列の一例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す係数のうち、ゼロでない値を有する要素を黒く塗りつぶし、ゼロの値を有する要素を白く塗りつぶした図である。
【図５】露光時間に対するブラーカーネルサイズの変化を例示的に示す図である。
【図６】（ａ）は、想定される手振れが小さい場合に、ブラーカーネルのサイズが小さい値に設定されることを示す図であり、（ｂ）は、想定される手振れが大きい場合に、ブラーカーネルのサイズが大きい値に設定されることを示す図である。
【図７】本発明の実施形態における撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】撮像部１００における撮像素子１０、撮影レンズ２０の概略構成を模式的に示す図である。
【図９】撮像素子１０の撮像面１０ａの模式的な上面図である。
【図１０】露光中に１つの光感知セルに蓄積される電荷量の時間変化の例を示す図である。
【図１１】図６に示す画像処理部２２０の構成例を示すブロック図である。
【図１２】（ａ）は実施形態における変換テーブルの一例を示す図であり、（ｂ）は実施形態における変換テーブルの他の例を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態において実行され得る処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施形態において実行され得る復元処理の流れの第１の例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施形態において実行され得る復元処理の流れの第２の例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施形態において実行され得る復元処理の流れの第３の例を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の実施形態において実行され得る復元処理の流れの第４の例を示すフローチャートである。
【図１８】（ａ）はズーム倍率および露光時間の組み合わせに関する変換テーブルの一例を示す図であり、（ｂ）はズーム倍率および露光時間の組み合わせに関する変換テーブルの他の例を示す図である。
【図１９】（ａ）〜（ｈ）は、非特許文献１に開示されている方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の好ましい実施形態を説明する前に、本発明の基本的原理を説明する。なお、本明細書では、画像またはブラーカーネルの「サイズ」を、それらの「画素数」または「画素サイズ」と同じ意味で使用する。
【００３７】
図１Ａは、本発明の撮像装置の概略構成の一例を示す図である。撮像装置は、画像を取得する撮像部１００と、撮像部１００で取得された画像を用いて復元処理を行う画像処理部２２０とを備えている。撮像部１００は、１回の撮影において、第１の画像と、第１の画像よりも短い露光時間で取得される第２の画像とを取得する。画像処理部２２０は、撮像部１００によって取得された第１の画像のブレを規定するブラーカーネルを決定するブラーカーネル決定部２２６と、復元画像を生成する画像復元部２２４とを有している。ブラーカーネル決定部２２６は、第１の画像を取得する際の露光時間に応じてブラーカーネルのサイズを変化させることができる。
【００３８】
図１Ｂは、本発明の画像処理装置の概略構成の一例を示す図である。画像処理装置２５０は、１回の撮影において、第１の画像、および第１の画像よりも短い露光時間で取得される第２の画像を取得する撮像装置によって取得された２つの画像を用いて復元処理を行う。画像処理装置２５０は、第１の画像、第２の画像、および第１の画像を取得する際の露光時間を示す情報を取得する画像取得部と、第１の画像のブレを規定するブラーカーネルを決定するブラーカーネル決定部と、復元画像を生成する画像復元部とを備えている。ブラーカーネル決定部は、第１の画像を取得する際の露光時間に応じてブラーカーネルのサイズを変化させることができる。
【００３９】
図１Ｃは、画像処理部２２０あるいは画像処理装置２５０による画像復元処理の流れの概略を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１０１において、撮像装置によって取得された２枚の劣化画像および露光時間情報が取得される。次に、ステップ１０２において、劣化画像のブレの程度を規定するブラ―カーネルサイズが決定される。続いて、ステップＳ１０３において、ブラ―カーネルが決定される。そして、ステップ１０４において、決定したブラ―カーネルを用いて復元画像が生成される。以上の処理により、２枚の劣化画像からブレが除去された復元画像が得られる。本発明によれば、画像を取得する際の露光時間に基づいてブラ―カーネルのサイズを適切に決定することにより、演算量を抑えながら高精度の復元が可能となる。各処理の詳細については後述する。
【００４０】
次に、図２を参照しながら、本発明のブラーカーネルを具体的に説明する。
【００４１】
図２（ａ）は、３×３画素のサイズを有するブラーカーネルの一例を示している。このブラーカーネルは、露光中の手振れにより、カメラが水平方向に３画素だけ移動した場合のぼやけの一例を規定している。図２（ｂ）は、ぼやけのない画像の画素値の配列例を示す図である。このぼやけのない画像は、５×５画素のサイズを有しているものとする。図２（ｂ）に示される２５個の数値は、画像を構成する画素の輝度値の例である。
【００４２】
図２（ａ）に示すブラーカーネルで表される手振れによるぼやけが発生した場合、劣化画像は、図２（ａ）のブラーカーネルによる２次元畳み込み演算を図２（ｂ）の画像に対して実行することによって得られる。
【００４３】
ブラーカーネルをＫ、元画像をＬ、ノイズをＮとすると、撮影によって取得された画像（劣化画像）Ｉは、以下の式２によって表される。
【数２】
2011145297.tif 000004
【００４４】
図３Ａは、図２（ｂ）の画像における位置（ｘ，ｙ）＝（２，２）の画素に対する畳み込み演算結果を示している。この演算は、図３Ａの左端の画像における破線の矩形に囲まれた３×３画素＝９個の画素値に対して行われる。ブラーカーネルにおける９つの係数のうちの３つの要素は、０．２、０．４、０．４の値を有しているが、他の６つの要素はゼロの値を有している。このブラーカーネルを用いた畳み込み演算を行うと、０．２、０．４、０．４の係数は、それぞれ、画像内の位置（２，１）、（２，２）、（２，３）の画素値にかけられ、総和が求められる。その結果、１８×０．２＋１９×０．４＋２１×０．４＝１９．６の値が得られ、この値が演算後の画素値として位置（２，２）に格納される。
【００４５】
一方、図３Ｂは、図２（ｂ）の画像における位置（ｘ，ｙ）＝（２，３）の画素に対する畳み込み演算結果を示している。この演算は、図３Ｂの左端の画像における破線の矩形に囲まれた３×３画素＝９個の画素値に対して行われる。ブラーカーネルを用いた畳み込み演算を行うと、０．２、０．４、０．４の係数は、それぞれ、画像内に位置（２，２）、（２，３）、（２，４）の画素値にかけられ、総和が求められる。その結果、１９×０．２＋２１×０．４＋１８×０．４＝１９．４の値が得られ、この値が演算後の画素値として位置（２，３）に格納される。
【００４６】
与えられた解像度（画素数）の画像の画素値に対してブラーカーネルの中心位置をシフトさせながら上記の計算を行うことにより、畳み込み演算後の画像、すなわち、手振れによるぼやけを有する画像（劣化画像）が定まることになる。
【００４７】
劣化画像から、ぼやけの無い画像を復元するためには、劣化の原因となるブラーカーネルの係数行列を推定する必要がある。ブラーカーネルが推定されれば、逆畳み込み演算によって劣化前の画像を得ること（復元）ができる。
【００４８】
図４（ａ）は、９×９画素のブラーカーネルの係数行列の一例を示している。この係数行列のうち、ゼロでない係数の総和は１に等しくなるように規格化されている。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す係数のうち、ゼロでない値を有する要素を黒く塗りつぶし、ゼロの値を有する要素を白く塗りつぶした図である。図４（ｂ）の黒い要素の集合は、手振れの軌跡に対応している。露光中における手振れの軌跡に応じて、図４（ｂ）の黒い要素の集合は、異なるパターンを有する。
【００４９】
手振れは、露光中におけるカメラの動きによって生じるため、その軌跡は、始点と終点とを結ぶ直線または曲線によって構成される。図４（ｂ）に示すように、有限のサイズを有するブラーカーネルによって表現される手振れ軌跡では、その一部に含まれる「曲線」も、２つの画素を直線で結ぶことによって得られる。
【００５０】
本発明では、ブラーカーネルのサイズは、撮影前に予め設定されるのではなく、撮影時の露光時間に基づいて適応的に決定される。
【００５１】
図５は、画像のブレの程度と露光時間との関係を例示的に示すグラフである。図示されるように、一般に露光時間が長いほど、画像のブレの程度は大きくなる。これは、露光時間が長いほど手振れによるぼやけが多く蓄積されるためである。
【００５２】
以下、本発明において設定され得るブラーカーネルのサイズの例を示す。図６（ａ）は、ブレの程度が比較的小さい画像におけるブラーカーネルのサイズを示している。これは、露光時間が比較的短い場合に対応する。このとき、ブラーカーネルのサイズは、相対的に小さいサイズに設定される。一方、図６（ｂ）は、ブレの程度が比較的大きい画像におけるブラーカーネルのサイズの例を示している。これは、露光時間が比較的長い場合に対応する。このとき、ブラーカーネルのサイズは、相対的に大きいサイズに設定される。
【００５３】
このように、本発明によれば、露光時間から想定されるブレの程度に適合したブラーカーネルのサイズが設定される。その結果、ブレの程度が小さい画像に対する復元処理において、必要以上に計算量が多くなることを防ぐことができる。また、従来技術とは異なり、ブラーカーネルのサイズが予め固定されていないため、ブレの程度が大きい画像に対しても正しく復元できる。
【００５４】
以下、図７から図１３を参照しながら本発明の好ましい実施形態を説明する。以下の説明において、同一の構成要素には同じ参照符号を付している。
【００５５】
（実施形態）
図７は、本実施形態の撮像装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の撮像装置は、手振れ補正機能を備えるデジタル式の電子カメラである。撮像装置は、撮像部１００と、各種信号処理を行う信号処理部２００と、撮像によって取得した画像を表示する撮像表示部３００と、画像のデータを記録する記録媒体４００と、各部を制御するシステム制御部５００とを備えている。
【００５６】
撮像部１００は、撮像面上に配列された複数の光感知セル（フォトダイオード）を備える撮像素子（イメージセンサ）１０と、絞り機能を有するシャッタ１５と、撮像素子１０の撮像面上に像を形成するための撮影レンズ２０とを有している。撮像素子１０の典型例は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサである。本実施形態における撮影レンズ２０は、公知の構成を有しており、現実には複数のレンズから構成されたレンズユニットである。シャッタ１５および撮影レンズ２０は、不図示の機構によって駆動され、光学ズーミング、自動露光（ＡＥ：Ａｕｔｏ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）、自動焦点（ＡＦ：Ａｕｔｏ  Ｆｏｃｕｓ）に必要な動作が実行される。
【００５７】
さらに、撮像部１００は、撮像素子１０を駆動する撮像素子駆動部３０を有している。撮像素子駆動部３０は、例えばＣＣＤドライバなどのＬＳＩから構成されている。撮像素子駆動部３０は、撮像素子１０を駆動することにより、撮像素子１０からアナログ信号を読み出してデジタル信号に変換する。
【００５８】
信号処理部２００は、画像処理部（イメージプロセッサ）２２０、メモリ２４０、インターフェース（ＩＦ）部２６０、および変換テーブル２８０を備えている。変換テーブル２８０は、撮影時の露光時間と、ブラーカーネルのサイズとの関係を規定するテーブルである。変換テーブル２８０の情報に基づいて、画像処理部２２０は、ブラーカーネルのサイズを変化させる。なお、変換テーブル２８０は、メモリ２４０や他の記録媒体に格納されていてもよい。以下、変換テーブルに記録された情報を「変換テーブル情報」と呼ぶ。また、信号処理部２００は、液晶表示パネルなどの表示部３００、および、メモリカードなどの記録媒体４００に接続されている。記録媒体は撮像装置から取り外し可能である。
【００５９】
画像処理部２２０は、色調補正、解像度変更、自動露光、自動焦点、データ圧縮などの動作に必要な各種信号処理を行うほか、本発明による劣化画像の復元処理を実行する。画像処理部２２０は、公知のデジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）などのハードウェアと、本発明に係る画像復元の処理を含む画像処理を実行するソフトウェアとの組合せによって好適に実現される。メモリ２４０は、ＤＲＡＭなどによって構成される。このメモリ２４０は、撮像部１００から得られた画像データを記録するとともに、画像処理部２２０によって各種の画像処理を受けた画像データや、圧縮された画像データを一時的に記録する。これらの画像データは、アナログ信号に変換された後、表示部３００によって表示されたり、デジタル信号のままインターフェース部２６０を介して記録媒体４００に記録される。
【００６０】
上記の構成要素は、不図示の中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）およびフラッシュメモリを含むシステム制御部５００によって制御される。なお、本実施形態の撮像装置は、ビューファインダ、電源（電池）、フラッシュライトなどの公知の構成要素を備え得るが、それらの説明は本発明の理解に特に必要でないため省略する。
【００６１】
次に図８および図９を参照しながら、撮像部１００の構成を説明する。
【００６２】
図８は、撮像部１００における撮像素子１０およびレンズ２０の概略構成を模式的に示している。図示されるように、撮像素子１０は、撮像面１０ａを有している。撮像面１０ａ上には、複数の光感知セルが配列されている。
【００６３】
図９は、撮像面１０ａを模式的に表す上面図である。この例では、光感知セル１１が行列状に配列されている。なお、光感知セル１１の配列形態は、図示されている例に限られず、個々の光感知セルの平面形状も正方形に限定されない。カラーの画像信号を生成するため、典型的には、原色カラーフィルタまたは補色カラーフィルタが個々の光感知セル１１の上に配置されている。ただし、３つの撮像素子を備え、例えばＲＧＢの３色に光を分離した後、それぞれの色の光を別々の撮像素子で受ける構成を採用してもよい。
【００６４】
以上の構成により、撮像部１００は、撮像によって画像を取得することができる。本実施形態における撮像部１００は、手振れ補正を行う場合、１回の撮影において、露光時間の異なる２枚の画像を取得するように構成されている。図１０は、本実施形態における画像の取得方法を例示的に表すグラフである。図示されるグラフにおいて、横軸は時刻、縦軸は１つの光感知セルにおける蓄積電荷量を表している。なお、図１０では、上記の２回の露光に対応する蓄積電荷量のみを表しており、プレビュー表示に用いられる画像に対応する蓄積電荷量などは図示されていない。ユーザによってシャッタボタンが押下されると、まず比較的短い時間ＴSで露光が行われ、第１の画像（短時間露光画像）が取得される。続いて、ＴSよりも長い時間ＴLで２回目の露光が行われ、第２の画像（長時間露光画像）が取得される。なお、短時間露光画像および長時間露光画像の取得の順序は逆であってもよい。このようにして得られた長時間露光画像は、短時間露光画像よりも長い露光時間で取得されるため、輝度レベルが大きく、手振れによるぼやけの程度が大きい画像となる。一方、短時間露光画像は、輝度レベルが小さく、手振れによるぼやけの程度が小さい画像となる。これらの２枚の画像は、露光時間を示す情報（露光時間情報）とともに信号処理部２００に入力され、画像復元処理に用いられる。
【００６５】
次に、図１１を参照しながら画像処理部２２０の構成を説明する。
【００６６】
図１１は、画像処理部２２０の概略構成を示すブロック図である。画像処理部２２０は、長時間露光画像、短時間露光画像、露光時間情報、変換テーブル情報を取得し、長時間露光画像よりも手振れによるぼやけが低減された復元画像を出力する。画像処理部２２０は、画像取得部２２２、ぼやけ検出部２２４、画像合成部２２５、ブラーカーネル決定部２２６、画像復元部２２８、パラメータ更新部２２９を含んでいる。ブラーカーネル決定部２２６は、カーネルサイズ決定部２２６ａ、初期カーネル設定部２２６ｂ、カーネル推定部２２６ｃを含んでいる。
【００６７】
画像取得部２２２は、撮像部１００から長時間露光画像、短時間露光画像、および露光時間情報を取得する。
【００６８】
ぼやけ検出部２２４は、画像取得部２２２によって取得された長時間露光画像と短時間露光画像とを比較し、長時間露光画像に含まれるブレの程度を求める。例えば、公知の代表点マッチング法やブロックマッチング法を用いて２枚の画像における各対応点の動きベクトルを求めることによってブレの程度を示す評価値を求めることができる。また、２枚の画像の高域周波数成分の強度の比に基づいてブレを評価する方法や、テンプレートマッチングによって２枚の画像の相関を求めることによってブレを評価する方法を用いることができる。これらの評価方法は、例えば特開２００９−１１１５９６に開示されている。本実施形態では、ぼやけ検出部２２４によって求められたブレの程度を示す評価値が予め設定された閾値よりも大きい場合のみ、後述する画像復元処理が行われる。なお、閾値は任意の値に設定され得る。
【００６９】
画像合成部２２５は、長時間露光画像と短時間露光画像とを合成して１つの合成劣化画像を生成する。画像合成部２２５は、例えば、長時間露光画像および短時間露光画像の対応する画素の輝度値を加算することによって合成劣化画像を生成する。ここで、対応する画素を単純に加算するのではなく、長時間露光画像および短時間露光画像の輝度レベルが同程度になるように重み付けを行ってから加算してもよい。
【００７０】
カーネルサイズ決定部２２６ａは、撮像部１００から取得した露光時間情報および変換テーブル２８０に記録された変換テーブル情報に基づいてブラーカーネルのサイズを決定する。具体的には、露光時間に応じた「ブラーカーネル倍率」を変換テーブルから求め、求めたブラーカーネル倍率を基準サイズに掛けた値をブラーカーネルのサイズとして決定する。ここで、「露光時間」とは、長時間露光画像および短時間露光画像を取得した際の合計の露光時間ＴL＋ＴSを意味する。なお、「基準サイズ」は、予め固定値として撮像装置に設定されていてもよいし、ユーザによって手動で設定されてもよい。ブラーカーネルのサイズがユーザによって手動で設定される場合、ユーザの違いによるブレの程度の違いを考慮した、より好ましい基準サイズを設定することができる。あるいは、画像取得時の各種の撮影パラメータに基づいて撮影ごとに異なるサイズが決定されてもよい。変換テーブルの詳細については後述する。
【００７１】
初期カーネル設定部２２６ｂは、復元処理に必要な初期ブラーカーネルを設定する。初期ブラーカーネルは、手動で設定してもよいし、予め固定の係数行列として設定されていてもよい。あるいは、画像取得時の各種の撮影パラメータに基づいて撮影ごとに異なる初期ブラーカーネルが決定されてもよい。画像処理に要する時間を短縮するという観点から、初期ブラーカーネルは、実際のブラーカーネルに近いことが好ましいが、必ずしも近くなくても復元処理は可能である。なお、初期ブラーカーネルのサイズは、後述する復元アルゴリズムによって異なる値に設定され得る。例えば、非特許文献１に開示されたアルゴリズムを用いる場合、初期ブラーカーネルのサイズは、３×３画素などの比較的小さい値に設定される。また、復元過程でブラーカーネルのサイズの変化を伴わないアルゴリズムを用いる場合、初期ブラーカーネルのサイズは、上記のカーネルサイズ決定部２２６ａによって決定されるサイズに設定される。
【００７２】
画像復元部２２８は、初期ブラーカーネルを用いて画像合成部２２５で生成された合成劣化画像から復元画像を生成する。カーネル推定部２２６ｃは、合成劣化画像、および画像復元部２２４によって生成された復元画像に基づいてブラーカーネルの推定を行う。パラメータ更新部２２９は、カーネル推定部２２６ｃによって推定されたブラーカーネルで初期ブラーカーネルを更新する。更新された初期ブラーカーネルは、画像復元部２２８に与えられ、画像復元部２２８、カーネル推定部２２６ｃ、パラメータ更新部２２９による上記の処理が繰り返し実行される。
【００７３】
図１１に示される構成は、画像処理部２２０の機能ブロックの一例を示すものであり、画像処理部２２０は他の機能ブロックに分割され得る。画像処理部２２０は、例えば公知のハードウェアに画像処理のソフトウェアを組み込むことによっても好適に実現される。
【００７４】
次に、本実施形態における変換テーブルを説明する。図１２（ａ）は、本実施形態における変換テーブルの一例を示す図である。この例では、変換テーブルには、露光時間の範囲とブラーカーネル倍率との間の対応関係が規定されている。このような変換テーブルを参照することにより、カーネルサイズ決定部２２６ａは、例えば露光時間（ＴL＋ＴS）がＴ１からＴ２までの範囲内にあるとき、ブラーカーネルの倍率をＡ１倍に設定すべきであることを知る。図１２（ｂ）は、変換テーブルの他の例を示す図である。この例のように、露光時間に応じてブラーカーネルのサイズが直接決定されるように規定されていてもよい。例えば露光時間（ＴL＋ＴS）がＴ２からＴ３までの範囲内にあるとき、ブラーカーネルのサイズは、Ｎ２×Ｎ２（Ｎ２：３以上の整数）に設定される。この場合、上述のブラーカーネルの基準サイズを設定する必要はない。なお、変換テーブルは、上記のものに限らず、露光時間とブラーカーネルのサイズとの間の対応関係を示すものであれば、どのようなテーブルであってもよい。
【００７５】
変換テーブルは、予め事前情報として作成される。以下、変換テーブルの作成方法の一例を説明する。
【００７６】
まず、露光時間がある値になる条件で複数人が複数回にわたって目印となる物体（画像内で移動距離が計測できるようなチャートや点光源など）を撮影し、移動量をそれぞれ計測する。次に、他の露光時間を変えて同様の計測を行い、露光時間ごとに移動量の平均を求める。このようにして得られた平均移動量と露光時間との関係を示す情報が変換テーブルに記録される。
【００７７】
なお、変換テーブルに格納された情報は、必要に応じて書き換えられてもよい。例えば、撮像装置は、ユーザが過去に行った撮影における画像のブレの傾向を学習し、当該ユーザに合わせて変換テーブルを書き換える機能を備えていてもよい。
【００７８】
次に、図１３を参照しながら、本実施形態の撮像装置を使用して撮影を行う際の概略手順の例を説明する。
【００７９】
まず、ユーザは被写体に撮像装置を向け、ユーザがシャッタボタンを半押しすると、自動焦点動作により被写体に焦点が合う。ユーザがシャッタボタンを深く押し込むと、「露光」が開始される（ステップＳ１）。このとき、撮像素子１０の撮像面に被写体の像が形成される。露光中にユーザによって撮像装置が不安定に動くと、撮像素子１０の撮像面上を像が移動するため、手振れによるぼやけが画像に付加されることになる。露光開始から比較的短い時間Ｔsが経過すると、一旦露光が停止し、撮像素子１０による信号電荷の読み出しが行われ、短時間露光画像が取得される（ステップＳ２）。続いて、２回目の露光が開始し、比較的長い時間ＴLが経過するまで露光が継続する。時間ＴLが経過すると露光は終了し、再び撮像素子１０による信号電荷の読み出しが行われ、長時間露光画像が取得される（ステップＳ３）。なお、上述のとおり、ステップＳ２およびステップＳ３の順序は逆であってもよい。
【００８０】
短時間露光画像および長時間露光画像が取得されると、撮像部１００は、取得した２つの画像および露光時間情報を信号処理部２００における画像処理部２２０に入力する。画像処理部２２０は、入力された情報に基づいて画像復元処理を行い、長時間露光画像よりも手振れによるぼやけが減少した復元画像を生成する（ステップＳ４）。生成された復元画像は、表示部３００または記録媒体４００に送られ、表示または記録される（ステップＳ５）。
【００８１】
次に、図１４を参照しながら画像処理部２２０によるステップＳ４の画像復元処理の手順を説明する。
【００８２】
まず、画像取得部２２２は、ステップＳ４１において、短時間露光画像および長時間露光画像を取得する。続いて、ステップＳ４２において、ぼやけ検出部２２４は、取得した２つの画像におけるブレの程度を示すブレ評価値を求める。ブレ評価値は、上述したように公知の方法を利用して求められる。次に、ステップＳ４３において、ぼやけ検出部２２４によって求められたブレ評価値に基づいてブレの大きさが判断される。ブレ評価値が予め設定された閾値以下である場合、復元処理は行われず、処理は終了する。この場合、復元結果として長時間露光画像がメモリ２４０に格納される。一方、ブレ評価値が予め設定された基準値よりも大きい場合、以下のステップＳ４４〜Ｓ５０が実行される。
【００８３】
まず、ステップＳ４４において、画像取得部２２２は、露光時間情報を取得する。次に、画像合成部２２５は、ステップＳ４５において、短時間露光画像と長時間露光画像とを合成して合成劣化画像を生成する。続いて、ステップＳ４６において、カーネルサイズ決定部２２６ａによって、ブラーカーネルのサイズが決定される。このとき、カーネルサイズ決定部２２６ａは、変換テーブル情報を参照して露光時間（ＴL＋ＴS）に対応するブラーカーネルのサイズを決定する。その後、ステップＳ４７において、初期ブラーカーネル設定部２２２によって初期ブラーカーネルが決定される。
【００８４】
次に、ステップＳ４８において、画像復元部２２８は、ステップＳ４５で生成された合成劣化画像とステップＳ４７で設定された初期ブラーカーネルとを用いて画像復元処理を実行し、復元画像を生成する。この画像復元処理は、公知の復元アルゴリズムによって実行される。画像復元部２２８は、得られた復元画像を一旦メモリ２４０に記録する。ステップＳ４９では、カーネル推定部２２６ｃが復元画像からブラーカーネルの推定を行い、パラメータ更新部２２８が、推定されたブラーカーネルによって以前のブラーカーネルを更新する。
【００８５】
続いてステップＳ５０において、更新前後のブラーカーネル、および、更新前後の復元画像の変化が所定の閾値よりも小さいか否かを判定する。変化が閾値以上である場合は、再びステップＳ４８の処理が行われ、以後、変化が閾値よりも小さくなるまでステップＳ４８〜Ｓ５０が繰り返される。変化が閾値よりも小さくなった場合は処理が収束したと判断され、復元結果がメモリ２４０に格納される。
【００８６】
なお、上記の処理の流れはあくまでも一例であり、各処理の順序は必ずしも図１４に示す順序である必要はない。例えば、ステップＳ４５の合成画像の生成は、ステップＳ４４の露光時間情報の取得よりも前に行われてもよい。
【００８７】
以下、ステップＳ４８、Ｓ４９で行われ得るブラーカーネルの推定および画像復元の詳細を説明する。
【００８８】
ここでは、非特許文献２に開示されている信号処理法による画像復元方法を説明する。非特許文献２の信号処理法による場合、まずステップＳ４７で設定された初期ブラーカーネルに基づいて、第１の画像復元が行われる。この段階のブラーカーネルは、必ずしも真のブラーカーネル（正解）に一致しているものではないが、復元される結果は、劣化画像に比べると元画像に近づいたものとなる。
【００８９】
続いて、第１の画像復元の結果である第１の復元画像からブラーカーネルの推定を行う。第１の復元画像が劣化画像よりも元画像に近づいているため、推定されるブラーカーネルは正解に近づく。ここで推定したブラーカーネルを用いて、すなわち、初期ブラーカーネルを次のブラーカーネルで更新して、第２の画像復元を行う。この処理をブラーカーネルの変化、および、画像復元結果の変化がなくなるまで繰り返し行うことにより、ブラーカーネル推定と画像復元を同時に行う。
【００９０】
以下、画像復元処理の更に具体的な方法を述べる。
【００９１】
画像復元部２２８は、与えられたブラーカーネル（最初は初期値、次からは更新値）と劣化画像により、画像の復元を行う。この処理に使用する評価式ＥLを式３に示す。
【数３】
2011145297.tif 000005
ここで、Ｉは劣化画像、Ｌはぼやけのない画像Ｌ、ｆはブラーカーネルである。変数ｗｋ、λ１、λ２は手動で設定される「重み」である。Θは、どのような微分を画像に施すかを規定する演算子のセットである。Θは、具体的には、０回微分、１回微分（ｘ、ｙ方向それぞれ）、２回微分（ｘ方向に２回、ｙ方向に２回、ｘとｙ方向に１回ずつ）の合計６個の微分パラメータを持つ。ｄ*は、微分演算子である。ｄ*を用いてΘを表現すると、Θ＝｛ｄ0、ｄx、ｄy、ｄxx、ｄxy、ｄyy｝と表される。ｄ*により、輝度情報とエッジ情報の両方を用いた処理を行うことが可能になり、輝度だけでは得られない情報も得ることができる。Ｍは、２次元のマスクであり、画像中の平坦な領域、すなわち局所的なスムーズな領域（Ω）に含まれる画素では「１」の要素、それ以外の画素では「０」の要素を有している。||・||pは、ｐノルム演算子である。Φ（ｘ）は、自然に観察される画像中の輝度勾配ｘとその分布密度（対数表示）との関係を近似的に示す関数である。
【００９２】
式３の右辺における第１項は、復元画像Ｌとブラーカーネルｆとの畳み込みを行って得られる画像と劣化画像Ｉとの差（距離）を示す項である。画像に対して６個の微分パラメータによる演算を施すことにより、輝度以外の情報に基づいて画像の近似度を評価できる。
【００９３】
式３の右辺における第２項は、画像内の輝度勾配の性質（「ｈｅａｖｙ  ｔａｉｌ」と呼ばれる）を示す項である。Φ（ｄxＬ）、Φ（ｄyＬ）は、復元画像の輝度勾配をヒストグラム化したときに、勾配が０付近に出現確率の急激なピークが現れ、勾配が大きくなるにつれ出現確率が小さくなるという、統計的性質を持つ。第２項では、ｘ方向の勾配とｙ方向の勾配のそれぞれに対して、上記の統計的性質を示す分布からの距離を算出している。この統計的性質は、非特許文献１に開示されている方法でも利用されている。
【００９４】
式３の右辺における第３項は、マスクＭと微分劣化画像と微分復元画像を用いて、平坦度の評価を行う項である。平坦な領域では、劣化画像と復元画像との間で輝度の勾配値が近い値を持つ。そのため、ｘ、ｙ方向の勾配値の誤差を評価値として用いる。
【００９５】
式３の右辺を最小化するＬを求めることにより、復元画像Ｌを求めることができる（Ｌの最適化）。Ｌの最適化の具体的な計算方法は、非特許文献２に開示されている。
【００９６】
次に、復元画像Ｌが得られた後に行う、ブラーカーネル推定部２２６ｃによる処理を詳しく説明する。
【００９７】
ブラーカーネル推定は、画像復元部２２８で得られた復元画像Ｌと劣化画像Ｉとを用いてブラーカーネルｆを推定する問題である。ｆは、以下の式４の右辺を最小化するようにｆを決定することにより、ブラーカーネルｆを求めることができる（ｆの最適化）。
【数４】
2011145297.tif 000006
【００９８】
式４の右辺における第１項は、式３の右辺における第１項に相当し、復元画像Ｌとブラーカーネルｆとの畳み込みが劣化画像Ｉに近いか否かを示す評価基準を与える。式４の右辺における第２項は、ブラーカーネルｆの１ノルムである。第２項は、スパースコーディングと呼ばれる考え方に基づく項である。ブラーカーネルｆの行例における大部分の要素が０（動きがない）であることから、この最適化項が用いられる。本実施形態では、非特許文献２と同様に「ｉｎｔｅｒｉｏｒ  ｐｏｉｎｔ  ｍｅｔｈｏｄ」による最適化を行い、全体最適化を実現できる。
【００９９】
なお、画像復元の手順は、上記の例に限定されない。例えば、非特許文献１に開示された方法や、その他のブラインド・デコンボリューション法を用いることができる。
【０１００】
本実施形態における画像復元で重要な点は、撮影時の露光時間の変化に応じてブラーカーネルのサイズを変化させることにある。これにより、画像のブレが生じ易い長時間の露光による撮影時にはブラーカーネルのサイズは大きい値に設定されるため、ブラーカーネルのサイズが予め設定されたサイズを超えることを防止できる。逆に、短時間の露光による撮影時にはブラーカーネルのサイズは小さい値に設定されるため、計算量が必要以上に多くなることを防止できる。
【０１０１】
なお、図１３の画像復元処理Ｓ４における処理の流れは、図１４に示すフロー以外にも種々の態様が考えられる。例えば、図１５から図１７に示すフローのいずれかを採用することができる。以下、各フローを説明する。
【０１０２】
図１５に示すフローでは、長時間露光画像と短時間露光画像とを合成することなく、長時間露光画像のみを用いてブラーカーネルの推定および復元画像の生成が行われる。まず、ステップＳ５１からステップＳ５４までは図１４のステップＳ４１からステップＳ４４までと同様である。ステップＳ５５において、長時間露光画像におけるブラーカーネルサイズが決定される。このとき、カーネルサイズ決定部２２６ａは、長時間露光画像を取得した際の露光時間ＴLに対応するブラーカーネル倍率を変換テーブルから求める。続くステップＳ５６からステップＳ５９までの処理は、図１４のステップＳ４６からステップＳ４９までの処理と同様である。ステップＳ５６からステップＳ５９までの処理が長時間露光画像に対して行われることによって、復元画像が生成される。図１５に示すフローを採用する場合、画像合成部２２５は不要である。
【０１０３】
図１６に示すフローでは、長時間露光画像と短時間露光画像とを合成することなく、長時間露光画像および短時間露光画像のそれぞれに対してブラーカーネルの推定および復元画像の生成が行われる。生成された２つの復元画像は、最後に合成され、合成復元画像が生成される。まず、ステップＳ６１からステップＳ６４までは図１４のステップＳ４１からステップＳ４４までと同様である。続いて、ステップＳ６５ａからステップＳ６９ａにおいて、長時間露光画像に対するブラーカーネルの推定および復元画像の生成が行われる。同様に、ステップＳ６５ｂからステップＳ６９ｂにおいて、短時間露光画像に対するブラーカーネルの推定および復元画像の生成が行われる。ステップＳ６５ａ〜Ｓ６９ａおよびステップＳ６５ｂ〜Ｓ６９ｂの処理は、図１４のステップＳ４６〜Ｓ５０の処理と同様である。ここで、長時間露光画像におけるブラーカーネルサイズは、長時間露光画像を取得した際の露光時間ＴLに基づいて変換テーブルから決定される。同様に、短時間露光画像におけるブラーカーネルサイズは、短時間露光画像を取得した際の露光時間ＴSに基づいて変換テーブルから決定される。最後に、ステップＳ７０において、画像合成部２２５によって長時間露光画像に対する復元画像および短時間露光画像に対する復元画像が合成され、合成復元画像が生成される。生成された合成復元画像は、最終的な復元結果としてメモリ２４０に記録される。図１６に示すフローを採用する場合、画像合成部２２５は、長時間露光画像と短時間露光画像とを合成することなく、ステップＳ７０における復元画像の合成処理を行う。
【０１０４】
図１７に示すフローでは、長時間露光画像および短時間露光画像のそれぞれに対してブラーカーネルが推定され、推定された２つのブラーカーネルから合成ブラーカーネルが生成される。この合成ブラーカーネルを用いて合成画像を復元することによって復元画像が生成される。このフローは、例えばジャイロセンサなどの手振れ検知機構を撮像装置が備えている場合にも適用され得る。まず、ステップＳ７１からステップＳ７５までは図１４のステップＳ４１からステップＳ４５までと同様である。続いて、ステップＳ７６ａ、Ｓ７７ａにおいて、長時間露光画像におけるブラーカーネルサイズの決定およびブラーカーネルの推定が行われる。同様に、ステップＳ７６ｂ、Ｓ７７ｂにおいて、長時間露光画像におけるブラーカーネルサイズの決定およびブラーカーネルの推定が行われる。ここで、長時間露光画像におけるブラーカーネルサイズは、長時間露光画像を取得した際の露光時間ＴLに基づいて変換テーブルから決定される。同様に、短時間露光画像におけるブラーカーネルサイズは、短時間露光画像を取得した際の露光時間ＴSに基づいて変換テーブルから決定される。ステップＳ７７ａ、Ｓ７７ｂにおけるブラーカーネルの推定方法としては、例えば撮像装置に備えられた手振れ検知機構によって求められる手振れの大きさからブラーカーネルを推定する等の公知の方法を用いることができる。続いて、ステップＳ７８において、求められた２つのブラーカーネルが合成される。最後に、画像復元部２２８は、ステップＳ７９において、合成されたブラーカーネルを用いてステップＳ７５で得られた合成画像を復元することによって復元画像を生成する。図１７に示すフローを採用する場合、ステップＳ７９において、公知のウィーナーフィルタ法やリチャードソン・ルーシー（ＲＬ）法などのノンブラインド・デコンボリューション法を用いて復元画像を得ることができる。
【０１０５】
以上の図１５から図１７のいずれかのフローを用いた場合でも、露光時間に応じて適応的にブラーカーネルサイズを変化させることができ、本実施形態の効果を得ることができる。なお、図１５から図１７の各フローにおいて、個々の処理の順序は可能な範囲で図示された順序と異なっていてもよい。
【０１０６】
なお、ジャイロセンサなどの手振れ検知機構を備える場合、撮像装置は、長時間露光画像を先に取得し、その際の手振れの大きさが所定の閾値よりも小さいときには短時間露光画像を取得しないように構成されていてもよい。このような構成により、手振れ補正が必要な場合だけ短時間露光画像の取得および画像復元処理が行われるため、処理時間を短縮することができる。
【０１０７】
また、本実施形態において、画像処理部２２０は、必ずしもぼやけ検出部２２４を備えている必要はない。ぼやけ検出部２２４がない場合、図１４におけるステップＳ４２、Ｓ４３、あるいは図１５から図１７における対応するステップの処理は省略され、長時間露光画像のブレの程度に関わらず画像復元処理が行われる。
【０１０８】
さらに、本実施形態において、露光時間の変化に応じてブラーカーネルのサイズを適切に変化させることができれば、必ずしも変換テーブルを用いる必要はない。例えば、露光時間とブラーカーネルサイズとの関係を表す関数を用いれば同様の処理が可能となる。この場合、まず、予め既知の撮影対象を露光時間を変えながら撮影し、撮影ごとにブラーカーネルサイズを取得する。次に、露光時間を横軸とし、ブラーカーネルサイズを縦軸とする二次元空間に取得したデータをプロットする。続いて、プロットされたデータに対して線形回帰や曲線当てはめを行い、露光時間とブラーカーネルサイズとの間の関係を多次元関数として表す。このようにして多次元関数が求まれば、撮影時に得られる露光時間を、求めた多次元関数に入力することにより、ブラーカーネルサイズが得られる。このような方法によれば変換テーブルは不要である。
【０１０９】
以上の実施形態では、ブラ―カーネルサイズは、撮影時の露光時間のみによって決定されるが、画像のブレの程度に影響を及ぼす他の情報も考慮してブラ―カーネルサイズを決定してもよい。例えば、画像のブレの程度は、露光時間のみならず、撮影時のズーム倍率によっても影響される。すなわち、遠くの被写体を撮影するために光学系のズーム倍率（または焦点距離）を大きくする場合、ズーム倍率が小さい場合よりも、画像のブレの程度は大きくなる。したがって、遠くのシーンを撮影するためにズーム倍率を大きくする場合、ブラーカーネルのサイズを大きくすることが好ましい。ここで、「ズーム倍率」とは、撮像装置における光学系の最小（広角側）焦点距離に対する撮影時の焦点距離の割合を意味するものとする。
【０１１０】
ズーム倍率も考慮してブラ―カーネルサイズを決定する場合、撮像装置は、露光時間およびズーム倍率の両方の変化に応じてブラーカーネルのサイズを変化させることになる。この場合、ズーム倍率に関する変換テーブルおよび露光時間に関する変換テーブルの両方が撮像装置に記録されていればよい。例えば、図１２（ａ）に示す変換テーブルに類似する変換テーブルがズーム倍率に関しても用意されていれば、各テーブルから得られる倍率を基準サイズに掛けることによってブラーカーネルのサイズを決定できる。
【０１１１】
ズーム倍率に関する変換テーブルと露光時間に関する変換テーブルとは、１つのテーブルに統合されていてもよい。図１８は、これらの情報が統合されたテーブルの例を示す図である。図１８（ａ）は、ズーム倍率および露光時間の組み合わせと、ブラ―カーネル倍率との対応関係を規定する変換テーブルの例を示している。図１８（ｂ）は、ズーム倍率および露光時間の組み合わせと、ブラ―カーネルサイズとの対応関係を規定する変換テーブルの例を示している。図１８（ａ）、図１８（ｂ）のいずれの変換テーブルを用いても、ズーム倍率および露光時間の両方の情報を加味して最適なブラ―カーネルのサイズを決定することができる。例えば、図１８（ａ）に示す変換テーブルを用いた場合、ズーム倍率がｚ２からｚ３までの間の範囲内にあり、露光時間がＴ２からＴ３までの範囲内にあるとき、ブラ―カーネル倍率はＣ２２に設定される。
【０１１２】
以上の実施形態における画像復元処理は、撮像装置に内蔵された画像処理部に限らず、撮像装置とは独立した画像処理装置によっても実行され得る。例えば、撮像装置によって取得された各画像、露光時間情報などを画像処理装置に入力し、例えば図１４から図１５のいずれかに示す処理を規定するプログラムをその画像処理装置内のコンピュータに実行させることによっても復元画像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明の撮像装置は、手振れによってぼやけが生じ得る撮像装置に適用して高い産業上の利用可能性がある。ＰＳＦが未知の状況下でＰＳＦおよび復元画像の両方を推定することができるため、特別の手振れ防止機構を設けることなく、あるいは、そのような手振れ防止機構とともに、ぼやけの少ない画像を得ることが可能になる。【０１１４】
本発明の画像処理装置は、撮像装置に内蔵される必要は無く、撮像装置によって取得された画像のデータを受け取り、処理するように構成され得る。
【符号の説明】
【０１１５】
１０    撮像素子
１１    光感知セル
１５    絞り機能を有するシャッタ
２０    撮影レンズ
３０    撮像素子駆動部
１００  撮像部
２００  信号処理部
２２０  画像処理部
２２２  画像取得部
２２４  ぼやけ検出部
２２５  画像合成部
２２６  ブラーカーネル決定部
２２６ａ  カーネルサイズ決定部
２２６ｂ  初期カーネル設定部
２２６ｃ  カーネル推定部
２２８  画像復元部
２２９  パラメータ更新部
２４０  メモリ
２６０  インターフェース（ＩＦ）
２８０  変換テーブル
３００  表示部
４００  記録媒体
５００  システム制御部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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2011145297.tif 000030
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